KR20110036117A - 필기, 작도 및／또는 페인팅 디바이스를 위한 펜슬 리드 - Google Patents

필기, 작도 및／또는 페인팅 디바이스를 위한 펜슬 리드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리머 결합제, 하나 이상의 왁스 및 하나 이상의 충전제를 포함하는, 필기, 작도, 및/또는 페인팅 디바이스, 특히, 펜슬 또는 색연필용의 폴리머-결합된 펜슬 리드로서, 펜슬 리드가 0.1 내지 5중량%의 팜유를 추가로 포함하는 폴리머-결합된 펜슬 리드에 관한 것이다.

Description

필기, 작도 및／또는 페인팅 디바이스를 위한 펜슬 리드{PENCIL LEAD FOR WRITING, DRAWING AND/OR PAINTING DEVICES}
본 발명은 필기, 작도 및/또는 페인팅 디바이스를 위한 폴리머-결합된 펜슬 리드(pencil lead)에 관한 것이다.
필기, 작도 및／또는 페인팅을 위한 종류의 펜슬 리드의 원리는 공지되어 있다. 필기, 작도 및／또는 페인팅을 위한 폴리머-결합된 그라파이트-기재 펜슬 리드는 뽀족하게 깎길 수 있는 목재 또는 그 밖의 재료에 단단히 함입되는 리드 및 견고한 엔클로져(rigid enclosure) 내부에 슬라이딩 방식으로 보유되는 리드인 것으로 이해된다. 그러한 예는 목재-인케이싱된(encased) 펜슬 및, 예를 들어, 샤프 펜슬(propelling pencil) 또는 클러치 펜슬(clutch pencil)로도 공지된 기계적 펜슬을 위한 펜슬 리드이다. 이러한 상황에서, 펜슬 리드는 일반적으로 약 0.3mm 내지 6mm의 외경을 지닌다.
따라서, 예를 들어, 폴리머-결합된 그라파이트 펜슬 리드는 독일 특허 번호 DE 38 27 968 C1에 공지되어 있다. 이러한 종류의 비파이어링된(unfired) 펜슬 리드는 폴리머 결합제, 윤활제 및 충전제 재료를 함유한다.
그러한 리드를 생산하는데 있어서의 문제중 하나는 50중량% 초과의 높은 충전제 함량에 의해서 그러한 제품의 필기 및 페인팅 성질이 아주 양호하지만, 압출 동안 리드 페이스트의 점성이 극히 높으며 도구 및 압출기에 요구된 압출 압력이 매우 큰 값을 지닌다는 것이다. 헤드 압력은 약 350bar이다. 이의 영향은 압출기가 더 커야 하며 복잡한 장치가 사용되어야 하는 점에서 단점이다. 기계 및 도구의 수명이 또한 높은 압출 압력에 의해서 현저하게 단축된다.
본 발명의 목적은 따라서 상기 기재된 단점과 관련되지 않고 낮은 압출 압력을 이용함으로써 생산될 수 있는 필기, 작도 및/또는 페인팅을 위한 펜슬 리드를 생산하는 것이다.
상기 목적은, 하나 이상의 폴리머 결합제, 하나 이상의 왁스 및 하나 이상의 충전제 재료를 포함하는, 필기, 작도 또는 페인팅 디바이스, 특히 펜슬 및 색연필용의 폴리어-결합된 펜슬 리드에 대해서, 펜슬 리드가 또한 0.1 내지 5중량%의 팜유를 함유하는 점에서 달성된다.
놀랍게도, 펜슬 리드의 구성물로서 팜유의 신중한 사용이 레시피(recipe)에 윤활제의 첨가를 나타내며, 그 결과, 압출기에서의 압출 압력을 현저하게 낮추는 것이 가능함이 밝혀졌다. 특히, 펜슬 리드 조성물중의 팜유 첨가제는 압출 동안 압출기의 오리피스(orifice) 또는 헤드에서의 가압 및 압출 압력을 낮추는 작용을 한다. 이러한 상황에서, 압력은 더 많은 팜유가 첨가됨에 따서 더 낮아지게 되고, 통상적으로 압출된 펜슬 리드 조성물에 비해서 30% 이상, 특히 50% 이상의 압력 감소가 달성된다.
다른 천연 또는 합성 오일이 또한 압출기에서의 압력을 저하시키는 효과를 지니지만, 이들은 압출된 리드의 강도에 비례하지 않는 제한 효과를 지님이 밝혀졌다. 놀랍게도, 팜유를 사용하는 경우에는 그러하지 않으며, 압출기에서의 압력이 낮지만, 펜슬 리드의 요구된 강도가 여전히 유지된다.
팜유의 전형적인 지방산 분포는 다음과 같이 구성되어 있다(중량%로):
C12: 라우르산(lauric acid) 0 내지 1%
C14: 미리스트산(myristic acid) 0 내지 3%
C16: 팔미트산 36 내지 47%
C18: 스테아르산 2 내지 8%
C18: 올레산 36 내지 42%
C18: 리놀레산 7 내지 12%
C18: 리놀렌산 0 내지 1%
기타: 최대 1%
또한, 팜유는 리드에 의해 남겨지는 자국(impression)에 더 강한 색채 성질을 부여하고, 필기 동안 리드의 슬라이딩 성질을 개선시킨다. 펜슬 리드의 경우에, 그어진 선이 높은 광학 밀도로 충만하면서, 색연필 리드가 충만되고 빛나는 쉐이드(shade)를 생성시킨다.
팜유 성분은 펜슬 리드 조성물의 0.1 내지 5중량%, 특히, 0.5 내지 2.5중량%의 범위로 존재한다. 팜유 함량이 5중량%의 상한을 초과하면, 팜유를 사용하는 경우에도, 리드의 강도가 비례적이지 않게 감소된다. 또한, 리드가 사용 동안 부스러지거나 부러지는 경향이 있다.
사용된 왁스는 20℃에서 반죽 가능하고, 단단한 것에서부터 부서지기 쉬운 것까지의 경도를 지니며, 조잡한 구조로부터 미세 결정상 구조에 이르기까지의 구조를 지니며, 유리질은 아니지만, 반투명에서 불투명에까지 이르며, 40℃ 초과의 온도에서 분해 없이 용융된다. 이들은 융점을 약간 초과하는 온도에서 용이하게 흐를 수 있고, 이들의 일관성(consistency) 및 용해도가 온도에 심하게 의존한다.
본 발명에 따른 폴리머-결합된 펜슬 리드는 추가의 열처리 또는 함침(impregnation) 없이 압출된 후에 즉시 사용될 수 있는 비파이어링된 펜슬 리드이다.
펜슬 리드 및 색연필 리드 외에, 특수 리드, 예컨대, 제도용 펜슬(draftsman's pencil)을 위한 리드를 생산하는 위한 조성물이 또한 사용될 수 있다.
유리한 구체예는 종속항에 기재되어 있다.
폴리머-결합된 펜슬 리드가 하기 성분으로 이루어지면 유리한 것으로 입증되었다:
10 내지 30중량% 폴리머 결합제
2 내지 25중량% 왁스
0.1 내지 5중량% 팜유 및
나머지 충전제(들)
폴리머-결합된 펜슬 리드가 하기 성분으로 이루어지면 특히 바람직하다:
15 내지 25중량% 결합제
4 내지 20중량% 왁스
0.5 내지 2.5중량% 팜유 및
나머지 충전제(들)
하나 이상의 결합제가 폴리스티렌(PS), 스티렌 아크릴로니트릴(SAN), 스티렌 부타디엔(SB), 폴리올레핀(PO) 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS)을 포함한 군중의 하나 이상의 폴리머로 구성되면 유리한 것으로 입증되었다.
둘 이상의 결합제의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
하나 이상의 왁스가 스테아레이트, 몬탄 왁스(montan wax), 아미드 왁스 및 파라핀을 포함한 군으로부터의 하나 이상의 왁스로 구성되면 또한 유리한 것으로 입증되었다.
둘 이상의 왁스의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 이러한 상황에서, 하나 이상의 왁스가 칼슘 스테아레이트로 이루어지거나 칼슘 스테아레이트를 포함하면 특히 바람직하다.
하나 이상의 충전제는 유리하게는 그라파이트, 카본 블랙, 육방정 보론 니트라이드(hexagonal boron nitride), 층상 실리케이트, 쵸크(chalk), 중정석(heavy spar), 유색 안료, 무채색 안료를 포함한 군으로부터의 하나 이상의 충전제로부터 구성된다.
이러한 상황에서, 특히, 그라파이트 또는 카본 블랙과 조합된 그라파이트가 펜슬 리드를 위한 착색 안료로서 바람직하다. 색연필 리드를 위해서, 백색 또는 무채색 충전제, 예컨대, 육방정 보론 니트라이드, 층상 실리케이트 및 그 유사물을 착색 안료, 예컨대, 아조 안료, 프탈로시아닌, 디옥사진, 퀴나크리돈, 아이언 옥사이드(iron oxide), 카본 블랙, 그라파이트, 울트라마린(ultramarine) 및 아이언-시안 착물과 조합하면 가장 유리한 것으로 입증되었다.
펜슬 리드에 바람직한 조성물은 하기 성분으로 이루어진다:
15 내지 25중량% 결합제
4 내지 12중량% 왁스
0.5 내지 2중량% 팜유 및
나머지 그라파이트 또는 그라파이트와 카본 블랙
특히, 펜슬 리드는 하기 성분을 포함한다:
15 내지 25중량% 폴리스티렌(PS),
4 내지 12중량% 칼슘 스테아레이트,
0.5 내지 2중량% 팜유 및
나머지 그라파이트 또는 그라파이트와 카본 블랙.
펜슬 리드에 대한 예시적인 레시피 1은 하기 성분을 포함한다:
폴리스티렌(PS) 21중량%
칼슘 스테아레이트 6중량%
팜유 1.0중량%
그라파이트 나머지
하기 표는 종래 기술에 따라서 압출되는 펜슬 리드와 비교하여, 레시피 1에 따른 본 발명의 펜슬 리드의 생산 동안의 압출기 헤드에서의 압출 압력의 감소를 나타내고 있다.
Figure pct00001
이러한 표로부터, 본 발명에 따른 조성물을 기초로 설계된 펜슬 리드가 이들의 생산을 위해서 현저하게 더 낮은 압출 압력을 필요로 함이 입증되고 있다. 기계 및 기구 수명은 연장되고 기계 형태는 단순화된다.
펜슬 리드를 위한 예시적인 레시피 2는 하기 성분으로 이루어진다:
스티렌 15중량%
아크릴로니트린(SAN)
알루미늄 스테아레이트 10중량%
팜유 2중량%
그라파이트 나머지.
색연필 리드에 바람직한 조성물은 하기 성분으로 이루어진다:
15 내지 25중량% 결합제
4 내지 12중량% 왁스
0.5 내지 2중량% 팜유 및
나머지 층상 실리케이트(들) 및/또는
육방정 보론 니트라이드 및
하나 이상의 유색 안료 및/또는
하나 이상의 무채색 안료.
특히, 색연필 리드는 하기 성분을 포함한다:
15 내지 25중량% 폴리스티렌
4 내지 12중량% 몬탄 왁스
0.5 내지 2중량% 팜유 및
나머지 탤컴(talcum) 및/또는
육방정 보론 니트라이드 및
하나 이상의 유색 안료 및/또는
하나 이상의 무채색 안료.
압출은 본 발명에 따른 폴리머-결합된 펜슬 리드를 생산하는 방법으로서 효과적인 것으로 입증되었다.
본 발명에 따른 펜슬 리드는 특히 하기 기재된 단계들을 수행함으로써 생산된다:
- 펜슬 리드의 모든 레시피 성분들을 혼합하고 과립화하여 펜슬 리드 과립을 생산하는 단계;
- 적합한 오리피스를 통해서 130 내지 200℃의 범위의 온도에서 압출기에서 펜슬 리드 과립을 압출하여 무한 펜슬 리드 가닥을 형성시키는 단계;
- 무한 펜슬 리드 가닥을 냉각 및 고형화시키는 단계; 및
- 무한 펜슬 리드 가닥을 최종 길이, 특히 요구된 펜슬 길이로 절단하는 단계.
펜슬 리드 단면은 압출 헤드-라운드(extrusion head - round), 각도 또는 이들의 조합에 따라서 임의의 모양을 지닐 수 있다. 다중 동시 압출에 의해서 다성분 펜슬 리드를 생성시키기 위해서 한 압출 헤드내에서 상이한 펜슬 리드 레시피를 조합하는 것이 또한 가능하다.

Claims (12)

  1. 하나 이상의 폴리머 결합제, 하나 이상의 왁스 및 하나 이상의 충전제를 포함하는, 필기, 작도, 및/또는 페인팅 디바이스, 특히, 펜슬 또는 색연필용의 폴리머-결합된 펜슬 리드(pencil lead)로서,
    펜슬 리드가 0.1 내지 5중량%의 팜유를 포함함을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드.
  2. 제 1항에 있어서, 펜슬 리드가 하기 성분으로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드:
    10 내지 30중량% 폴리머 결합제,
    2 내지 25중량% 왁스,
    0.1 내지 5중량% 팜유 및
    나머지 충전제(들).
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 펜슬 리드가 하기 성분으로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드:
    15 내지 25중량% 결합제,
    4 내지 20중량% 왁스,
    0.5 내지 2.5중량% 팜유 및
    나머지 충전제(들).
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 결합제가 폴리스티렌(PS), 스티렌 아크릴로니트릴(SAN), 스티렌 부타디엔(SB), 폴리올레핀(PO) 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS)을 포함한 군중의 하나 이상의 폴리머로 구성됨을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 왁스가 스테아레이트, 몬탄 왁스(montan wax), 아미드 왁스 및 파라핀을 포함한 군으로부터의 하나 이상의 왁스로 구성됨을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드.
  6. 제 5항에 있어서, 하나 이상의 왁스가 칼슘 스테아레이트로 이루어지거나 칼슘 스테아레이트를 포함함을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 충전제가 그라파이트, 카본 블랙, 육방정 보론 니트라이드(hexagonal boron nitride), 층상 실리케이트, 쵸크(chalk), 중정석(heavy spar), 유색 안료, 무색 안료를 포함한 군으로부터의 하나 이상의 충전제를 포함함을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 리드가 펜슬 리드이고 하기 성분으로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드:
    15 내지 25중량% 결합제,
    4 내지 20중량% 왁스,
    0.5 내지 2.5중량% 팜유 및
    나머지 그라파이트 또는 그라파이트와 카본 블랙.
  9. 제 8항에 있어서, 리드가 펜슬 리드이고 하기 성분으로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드:
    15 내지 25중량% 폴리스티렌,
    4 내지 20중량% 칼슘 스테아레이트,
    0.5 내지 2.5중량% 팜유 및
    나머지 그라파이트 또는 그라파이트와 카본 블랙.
  10. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 리드가 펜슬 리드이고 하기 성분으로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드:
    15 내지 25중량% 결합제,
    4 내지 20중량% 왁스,
    0.5 내지 2.5중량% 팜유 및
    나머지 층상 실리케이트(들) 및/또는
    육방정 보론 니트라이드 및
    하나 이상의 유색 안료 및/또는
    하나 이상의 무채색 안료.
  11. 제 10항에 있어서, 리드가 펜슬 리드이고 하기 성분으로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리머-결합된 펜슬 리드:
    15 내지 25중량% 폴리스티렌
    4 내지 12중량% 몬탄 왁스
    0.5 내지 2중량% 팜유 및
    나머지 탤컴(talcum) 및/또는
    육방정 보론 니트라이드 및
    하나 이상의 유색 안료 및/또는
    하나 이상의 무채색 안료.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 폴리머-결합된 펜슬 리드를 생산하는 방법으로서,
    펜슬 리드가 압출에 의해서 생산됨을 특징으로 하는 방법.
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